ANALIZA POJAVA U MREŽI 6 kV PRI RAZVLAČENJU ELEKTRIČNOG LUKA
analiza pojava u mreÅ£i 6 kv pri razvlaÄenju elektriÄnog luka analiza pojava u mreÅ£i 6 kv pri razvlaÄenju elektriÄnog luka
ANALIZA POJAVA U MREŽI 6 kV PRI RAZVLAČENJU ELEKTRIČNOG LUKA Dragan Ristivojević, dipl. el. ing, Dragan Ristivojević, dipl. el. ing, Zoran Milosavljević,el.tehn. RB „Kolubara – Površinski kopovi Baroševac“ Sv.Save 1, Lazarevac
- Page 2 and 3: Zakonitosti ti uključenja č j i i
- Page 4 and 5: Propis za sada ograničava vrednost
- Page 6 and 7: Dobijaju se približne vrednosti st
- Page 8 and 9: Bilo je pojedinačnih mišljenja da
- Page 10 and 11: Razmotrimo ponašanje takve mreže
- Page 12 and 13: a napon neutralne tačke uN, , jedn
- Page 14 and 15: Slika 2 - Krive koje karakterišu p
- Page 21 and 22: U postrojenju 6 kv, izveden je eksp
- Page 23 and 24: Interesantno bi bilo eksperiment po
<strong>ANALIZA</strong> <strong>POJAVA</strong> U<br />
<strong>MREŽI</strong> 6 <strong>kV</strong> <strong>PRI</strong><br />
<strong>RAZVLAČENJU</strong><br />
<strong>ELEKTRIČNOG</strong> <strong>LUKA</strong><br />
Dragan Ristivojević, dipl. el. ing,<br />
Dragan Ristivojević, dipl. el. ing,<br />
Zoran Milosavljević,el.tehn.<br />
RB „Kolubara – Površinski kopovi Baroševac“ Sv.Save 1, Lazarevac
Zakonitosti ti uključenja č j i isključenja č j struje, pokazuju da<br />
je električni luk jedna od fizičkih osnova delovanja i<br />
funkcionisanja prekidača. Samim tim postizanje<br />
optimalnih karakteristika prekidača zavisi od<br />
poznavanja svojstava električnog luka, kako bi se<br />
odgovarajućom konstrukcijom iskoristile prednosti i na<br />
neki način ograničila štetna dejstva. Eksperimentalna<br />
istraživanja su veoma složena, tako da mnoga pitanja<br />
iz teorije električnog luka nisu u dovoljnoj j meri<br />
razjašnjena, bez obzira na skoro 200 godina rada na<br />
ovoj jp<br />
problematici.
Izolovana 6 <strong>kV</strong>-tna električna mreža je veoma<br />
složena i interesantna s aspekta vrednosti<br />
kapacitivnih struja, koje nisu visoke i samim tim su<br />
uzrok nastanka samogašenja električnog luka.<br />
Smatra se da samogašenje postoji do vrednosti<br />
zemljospoja, ( uključiv i više harmonike ) oko 300A.<br />
Dosta je podeljeno mišljenje medju stručnjacima iz<br />
ove oblasti, tako da se mnogi ne slažu sa iznetim<br />
podatkom, već smatraju da je konfiguracija mreže<br />
od presudnog značaja za nastanak samogašenja<br />
električnog luka i njegov prelazak u stanje<br />
stabilnog. Pri samogašenju, takozvanoj<br />
intermitenciji, nastaju prenaponi u električnoj 6 <strong>kV</strong>-<br />
tnoj mreži zbog prekidanja i uspostavljanja strujnog<br />
kola ( Ldi/dt ). Oprema se dodatno napreže, a već<br />
oštećena mesta na kablovima u pogledu vrednosti<br />
otpora izolacije, postaju potencijalne zone<br />
višestrukih kvarova. S druge strane pri<br />
samogašenju električnog luka, mesta kvara nisu u<br />
velikoj srazmeri oštećena i lakše je izvršiti sanaciju.
Propis za sada ograničava vrednost struje zemljospoja<br />
u izolovanim 6<strong>kV</strong>-tnim mrežama na 30A. Ova veličina<br />
se može izmeriti upotrebom adekvatnog strujnog<br />
transformatora i ampermetra, a može se i izračunati<br />
prema upotrebljenoj dužini kablova ili vazdušnih<br />
vodova.<br />
Ic = 3 Uf ⋅<br />
ω ⋅<br />
c ⋅<br />
l<br />
(<br />
km<br />
) (A)<br />
[ 1<br />
]<br />
Gde je :<br />
Uf<br />
- vrednost faznog napona<br />
Ul<br />
3<br />
ω =<br />
2 π ⋅<br />
f - kružna učestanost
C - podužna kapacitivnost (nF)<br />
l – dužina kablovske, ili vazdušne mreže (km)<br />
U praksi se koriste sledeće jednačine:<br />
Za kablovsku k mrežu:<br />
1<br />
Ic = Ul ⋅<br />
(<br />
<strong>kV</strong><br />
) ⋅<br />
l<br />
(<br />
km<br />
)<br />
(A)<br />
[ 2<br />
]<br />
6<br />
Za vazdušnu mrežu:<br />
1<br />
Ic = Ul ⋅<br />
(<br />
<strong>kV</strong><br />
) ⋅<br />
l<br />
(<br />
km<br />
)<br />
(A)<br />
[ 3<br />
]<br />
350
Dobijaju se približne vrednosti struje zemljospoja, za<br />
empiriju sasvim zadovoljavajuće. Električni luk ima<br />
ulogu komutatora, koji uzima u obzir kapacitivnost<br />
“kvarne” faze u odnosu na zemlju, a u sledećem<br />
momentu je eliminiše (tzv. intermitencija). Gašenje i<br />
paljenje električnog luka izaziva složene prelazne<br />
procese čiji intenzitet zavisi od dk karakteristika k k luka,<br />
dozemnih i medjufaznih kapacitivnosti, induktivnosti u<br />
konzumu, otpornosti kola kvara, itd. Može se primetiti<br />
da je proučavanje uticaja svih faktora, koji imaju udela<br />
pri prelaznom procesu, pri intermitentnim<br />
zemljospojevima jako složen zadatak. Trenutno, za<br />
složene fizičke pojave, vezane za nastajanje električnog<br />
luka ne postoje strogo definisani analitički izrazi.<br />
Inače, uopšte procesi koji nastaju pri intermitentnim<br />
zemljospojevima, j ne mogu se opisati prostim<br />
matematičkim jednačinama. Zbog nedostatka podataka<br />
o zakonitosti promene struje i napona, javljaju se<br />
teškoće oko uspostavljanja potrebnih i efikasnih mera<br />
zaštite električne mreže od prenapona nastalog<br />
dejstvom luka pri zemljospoju.
Prva ispitivanja lučnih prenapona, nastalih usled<br />
prelaznih procesa, izvršena su početkom 20.-og veka, i<br />
počela su od g-dina Petersena. U svojim teoretskim<br />
razradama, oslanjao se na eksperimentalne podatke i<br />
oscilografska posmatranja, i intuitivno se priblizio<br />
objašnjenju mehanizma nastanka prenapona. Ne držeći<br />
se strogo naučnog objašnjenja analize, Petersen<br />
opisuje obrazovanje potencijala, na osnovu čega se<br />
povisuje opšti potencijal mreže. Oscilacije visoke<br />
učestanosti, č ti koje se obrazuju pri svakom gašenju i<br />
ponovnom uspostavljanju intermitentnog luka, dovode<br />
do razvoja kumulativnog procesa nastanka prenapona.<br />
Pri tome, amplituda visokofrekventih oscilacija dostiže<br />
maksimum. U celini sva teoretska postavka, javljanja<br />
mehanizma obrazovanja lučnog prenapona po<br />
Petersonu nosi epitet hipoteze. e Prirodno o da se pri<br />
takvom nivou, izložena teorija ne može smatrati<br />
savršenom, niti predstavljati sigurnu osnovu za<br />
razmatranje pojave lučnih prenapona, i preduzimanje<br />
mera zaštite posebno u savremenim, snažnim<br />
elektroenergetskim sistemima.
Bilo je pojedinačnih mišljenja da u obrazovanju<br />
prenapona pri zemljospojevima preko električnog<br />
luka na mestu kvara u mreži. Medjutim, ta teorija,<br />
zbog nedostatka matematičkog č<br />
aparata pri<br />
izučavanju razmatranih kvarova el.energetskog<br />
sistema ne objašnjava j suštinu obrazovanja<br />
prenapona usled luka i ostavlja otvoreno pitanje<br />
njihovog nastanka. Prema poznatoj polaznoj<br />
hipotezi Petersena, luk se gasi pri prolasku struje<br />
kroz nulu i uspostavlja pri dostizanju maksimalne<br />
vrednosti napona. Razmatrani režim periodičnog<br />
gašenja i uspostavljanja j luka , vrši se u toku svake<br />
poluperiode. Intermitentni luk svaki put izaziva<br />
složene prelazne procese. Razmatrajmo simetričnu<br />
trofaznu mrežu sa izolovanom neutralnom tačkom.
Š Slika1. Šema idealizovane mreže pri jednofaznom<br />
zemljospoju
Razmotrimo ponašanje takve mreže pri jednofaznom<br />
zemljospoju preko luka, npr. u fazi A. A Smatraćemo<br />
da je prvi spoj nastao u momentu t = 0 , kada<br />
napon faze , prma zemlji, ima maksimalnu vrednost.<br />
Promena faznih napona izvora napajanja mreže:
Neposredno pre spoja faze A sa zemljom, tj. pri t = (-0),<br />
naponi faza A, B i C prema zemlji imaju vrednost:<br />
U intervalu vremena od ωt =0 0, do ωt =π π (nazovimo ga<br />
prvim intervalom), struja zemljospoja, menja se po zakonu:<br />
ίZ = 3UmƒωC sin (ωt + π) ( 9 )
a napon neutralne tačke uN, , jednak je naponu faze<br />
A. . Saglasno hipotezi Petersena, luk se gasi pri<br />
prolasku struje zemljospoja kroz nulu. Taj slučaj je<br />
pri ωt = π (slika 2). Kapacitivnost faze u kvaru nije<br />
opterećena strujom luka, čija otpornost je smatramo<br />
nula (). Nastaje trenutna preraspodela napona na<br />
kapacitivnostima mreže prema zemlji. Napon<br />
neutralne tačke u sledećem intervalu, tj. pri<br />
π ≤ ωt ≤ 3/2 π, , nalazimo da je :<br />
uN = umf (10)
Sledi da je nulta tačka trofaznog izvora, prema<br />
zemlji, posle gašenja luka, na vremenski<br />
promenljivom potencijalu jednakom po vrednosti<br />
amplitude faznog napona mreže. Zato se napon u<br />
mreži, u intervalu gašenja luka može odrediti<br />
izrazima:<br />
Fazni naponi prema zemlji, mogu dostići vrednost,<br />
jednaku dvostrukoj amplitudi faznog napona<br />
mreže, odnosno 2Umƒ<br />
(slika 2).
Slika 2 – Krive koje karakterišu prelazni<br />
proces pri zemljospoju preko električnog luka
U momentu ωt = 3π/2, fazni napon uƒA,<br />
ponovo dostiže maksimum, uA = Umƒ, , tj.<br />
ponovo se uspostavlja struja preko električnog č<br />
luka. U tom momentu kondenzator se puni i u<br />
vezi sa tim sledi skok struje ίZ (slika 2). Dalji<br />
proces, kao i u momentu ωt = π /2,, ponavlja se,<br />
s tim što vrednosti struja i napona menjaju znak.<br />
Pri zemljospojevima preko električnog luka,<br />
maksimalna vrednost prenapona ne može<br />
premašiti dvostruku amplitudu datog faznog<br />
napona idealne mreže.
U postrojenju 6 kv, izveden je eksperiment takozvanog<br />
razvlačenja električnog luka, uz eliminisanje<br />
mogućnosti ć delovanja usmerene zemljospojne j zaštite.<br />
Kako se vidi sa dijagrama struja zemljospoja je iznosila<br />
Ic = 21.8 A, , pa se nije moglo računati s lukom većeg<br />
obima. Uzemljenom motkom se faza R, , galvanski<br />
spajala sa zemljom i u sledećem momentu prekidalo<br />
kolo kvara. Dolazilo je do oscilacija i formiranja<br />
nepravilnih sinusoida struja kroz fazni vod i struje u<br />
povratnoj grani. Naponski talasni oblici su za koji<br />
stepen pravilniji, mada harmonijska analiza ukazuje na<br />
drugačiju situaciju. U momentu nastanka kvara kada su<br />
struje u pitanju, dominantni i su prvi harmonici<br />
i<br />
(osnovni), drugi harmonik je približno 20 % vrednosti<br />
osnovnog, treći 11.5 %, četvrti 18.5 %, sedmi 11.1%,<br />
dok su ostali uglavnom zanemarljivi. Jednosmerna<br />
komponenta je 25 % osnovnog harmonika. Kada je u<br />
pitanju napon na krajevima otvorenog trougla uen ,<br />
jednosmerna komponenta je 47 % osnovnog<br />
harmonika, drugi harmonik je 46 % osnovnog, treći<br />
23.7 %, četvrti 8.2 %, peti 9.2 %, šesti 13.1 %, sedmi<br />
10.2 %, dok su ostali zanemarljivi.
Kod linijskih napona, dominantni su pored osnovnog,<br />
drugi, treći, i četvrti harmonik, kao i jednosmerna<br />
komponenta ( izuzetak je četvrti harmonik napona u31<br />
, što nije dovoljno jasno, ali se vidi na oscilogramu. Što<br />
se tiče kružnih dijagrama, jasno se vidi fazni pomak od<br />
π/2 izmedju nultih komponenata napona i struje, što<br />
je i karakteristično za izolovani sistem. Dat je i fazni<br />
pomak izmedju direktne, inverzne i nulte naponske<br />
komponente uzajamno, kao i u odnosu na linijske<br />
napone. Linijski naponi su zadržali potpunu simetriju<br />
bez obzira na prisustvo kvara. Eksperiment razvlačenja<br />
električnog luka je interesantan i bilo bi veoma korisno,<br />
ponoviti ga za vrednost struje zemljospoja preko 30A,<br />
što se smatra graničnom po pitanju samogašenja i<br />
stabilnog formiranja. Javljaju se prelazni procesi, koji<br />
sami po sebi predstavljaju opasnost u odredjenim<br />
d<br />
situacijama po elektroopremu, a pogotovu za kablovske<br />
glave, i oslabljena mesta na kablovima.
Interesantno bi bilo eksperiment ponoviti u 35 <strong>kV</strong>-tnoj elektro<br />
mreži, gde je struja zemljospoja po pravilu ograničena na<br />
I = 300 A, , i gde bi dužina električnog luka bila daleko veća.<br />
Eksperiment bi se mogao vršiti van ćelije na priključku izvedenom<br />
posebno na nekoliko metara od postrojenja da bi se izbegla<br />
opasnost od višestrukih preskoka, koji bi nastali pri jonizaciji<br />
vazduha.<br />
Literatura:<br />
M. Fjodorov., Zemljospojevi u mrežama 6 <strong>kV</strong>, 35 <strong>kV</strong>
Zahvaljujemo se na pažnji i<br />
strpljenju.